3. Поляризация
3.1. Естественный и поляризованный свет
Явление поляризации света это третье (после интерференции и дифракции) явление, подтверждающее волновую природу света. Но в отличие от предыдущих явлений оно присуще только поперечным волнам.
Как было показано в теории Максвелла, свет это электромагнитная волна, в которой векторы напряжённостей электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны и расположены перпендикулярно вектору скорости распространения волны (перпендикулярно лучу). Векторы иобразуют правовинтовую систему (рис. 1).
Электромагнитная волна представляет собой колебания электрического и магнитного полей. Физиологическое, фотохимическое, фотоэлектрическое и другие действия света на вещество вызываются электрическим полем. Поэтому в дальнейшем мы будем говорить только о световом векторе . Плоскость, в которой происходят колебания этого вектора, называется плоскостью поляризации.
Излучение светящегося тела представляет собой волны, испускаемые его атомами. Каждый атом в процессе излучения испускает цуг волн, причем в каждом цуге плоскость колебаний вектора ориентирована в пространстве случайным образом. Цуги волн излучаются многими атомами в одном направлении. Накладываясь друг на друга, они образуют световую волну, в которой колебания светового вектора различных направлений представлены с равной вероятностью. Такой свет называется естественным. Следовательно, в естественном свете колебания вектора различных направлений быстро и беспорядочно сменяют друг друга. Если смотреть навстречу естественному лучу, то мы увидим «звездочку» из векторов, лежащих в плоскости, перпендикулярной направлению распространения луча (рис. 3.1, а).
Упорядоченность может заключаться в том, что вектор поворачивается вокруг луча, одновременно пульсируя по величине. В результате конец вектора описывает эллипс. Такой свет называется эллиптически поляризованным. Если конец вектора описывает окружность, свет называется поляризованным по кругу (циркулярно-поляризованным).
Глаз человека не отличает естественный свет от поляризованного. Зрительное ощущение вызывает только интенсивность света I.
Интенсивностью световой волны называется величина I, численно равная энергии, которую переносит волна за единицу времени сквозь единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны.Интенсивность электромагнитной волны пропорциональна квадрату амплитудного значения напряженности электрического поля , т.е.. За меру степени поляризации световой волны принимают выражение:
, (3.1)
где Imax и Imin максимальная и минимальная интенсивности света, соответствующие двум взаимно перпендикулярным составляющим вектора ; Р степень поляризации. Для естественного света Imax = Imin и Р = 0, для плоскополяризованного Imin = 0 и Р = 1. Полностью поляризованный свет в природе встречается редко, чаще частично поляризованный. Поляризованный свет широко применяется на практике.